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作者簡介
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目次
書摘/試閱
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陳進、汪泉編著的《風力機翼型及葉片優化設計理論》介紹了風力機專用翼型、葉片氣動外形及其內部結構的設計理論與方法，主要包括五部分內容：風力機專用翼型族的設計理論與方法，新翼型族的風洞試驗，葉片氣動外形設計與優化，復合材料風力機新型葉片結構優化設計以及葉片二元翼段氣動彈性穩定性分析。除了闡述風力機葉片設計相關基本概念和基本理論外，書中重點介紹了目前風力機專用翼型設計中先進的理念與方法、葉片氣動性能優化設計方法以及氣動載荷條件下的復合材料風力機葉片結構優化設計方法，并給出了結果評價。
《風力機翼型及葉片優化設計理論》可作為高等院校風電相關專業的研究生以及風電相關行業科研院所的工作人員的參考書，也可供機械工業部門和其他工業部門氣動與結構設計人員參考。
作者簡介
陳進，男，1956年5月生，工學博士，教授，重慶大學機械設計及理論專業博士生導師，建設部有突出貢獻的中青年專家，中國能源學會理事，中國工程機械學會理事。1 990年在斯洛文尼亞盧布爾雅那大學(universityofLiubljana)獲博士學位。1 996年、2005年和2010年分別在德國亞琛工業大學、美國邁阿密大學和丹麥技術大學做高級訪問學者。
長期從事機械優化設計和流體力學領域的教學和科研工作。主要研究方向為機械優化設計和可再生能源裝備設計理論。
先后承擔國家“九五”攻關項目2項、863計劃項目2項、國家自然科學基金項目3項。獲國家發明專利9項，公開國際發明專利2項。獲省部級科技進步獎3項、教學成果獎1項。獲國際埃尼獎(Eni Award 2014)提名。在風力機翼型和葉片設計方面的研究成果發表在Wind Energy、Renewable Energy、Joutnal of Fluids andStructures、Materials＆Design、《機械工程學報》、《太陽能學報》和《空氣動力學學報》等國內外著名期刊上，并被scI、EI收錄30余篇。
長期從事機械優化設計和流體力學領域的教學和科研工作。主要研究方向為機械優化設計和可再生能源裝備設計理論。
先后承擔國家“九五”攻關項目2項、863計劃項目2項、國家自然科學基金項目3項。獲國家發明專利9項，公開國際發明專利2項。獲省部級科技進步獎3項、教學成果獎1項。獲國際埃尼獎(Eni Award 2014)提名。在風力機翼型和葉片設計方面的研究成果發表在Wind Energy、Renewable Energy、Joutnal of Fluids andStructures、Materials＆Design、《機械工程學報》、《太陽能學報》和《空氣動力學學報》等國內外著名期刊上，并被scI、EI收錄30余篇。
名人/編輯推薦
《風力機翼型及葉片優化設計理論》由科學出版社出版。
目次
前言
第1章緒論
1.1引言
1.2國內外研究現狀
1.2.1風力機翼型設計理論研究
1.2.2風力機葉片氣動外形設計理論研究
1.2.3復合材料風力機葉片結構設計理論研究
1.2.4風力機葉片氣動彈性理論研究
第2章風力機翼型空氣動力特性
2.1概述
2.2風力機翼型基本理論
2.2.1翼型幾何參數
2.2.2雷諾數
2.2.3馬赫數
2.2.4邊界層
2.2.5任意翼型位流求解法
2.3翼型空氣動力特性
2.3.1翼面壓力系數
2.3.2升力系數
2.3.3阻力系數
2.3.4俯仰力矩系數
2.4翼型的失速
2.5翼型表面粗糙度
2.6翼型幾何參數對翼型氣動特性的影響
2.6.1翼型前緣半徑的影響
2.6.2最大相對厚度及其位置的影響
2.6.3最大彎度及其位置的影響
2.7雷諾數對翼型氣動特性的影響
2.8翼型氣動性能預測方法
2.8.1XFOIL及RFOIL介紹
2.8.2翼型氣動性能計算分析
2.9本章小結
第3章風力機翼型型線集成理論
3.1引言
3.2翼型變換理論
3.2.1保角變換
3.2.2儒可夫斯基翼型變換
3.2.3西奧道生法
3.3通用翼型的集成表達理論
3.3.1三角函數表征翼型形狀函數
3.3.2泰勒級數表征翼型形狀函數
3.4集成典型型線分析
3.4.1Ⅰ型型線
3.4.2Ⅱ型型線
3.4.3Ⅲ型型線
3.5翼型集成型線通用性
3.5.1一階擬合
3.5.2二階擬合
3.5.3三階擬合
3.6形狀函數控制方程
3.6.1翼型尖后緣特性
3.6.2橫坐標偏置特性
3.6.3縱坐標偏置特性
3.6.4設計空間
3.7翼型參數化集成收斂性
3.7.1幾何收斂特性
3.7.2氣動收斂特性
3.8本章小結
第4章風力機翼型型線參數優化設計理論
4.1引言
4.2風力機翼型設計要求
4.2.1結構和幾何兼容性
4.2.2最大升力系數對前緣粗糙度不敏感性
4.2.3設計升力系數
4.2.4最大升力系數及深失速特性
4.2.5低噪聲
4.3風力機翼型單目標優化設計
4.3.1優化設計目標函數
4.3.2優化設計變量
4.3.3優化設計約束條件
4.3.4MATLAB及其優化設計方法
4.3.5優化設計結果
4.3.6優化翼型的粗糙敏感度
4.3.7優化翼型性能的比較分析
4.4風力機翼型多目標優化設計
4.4.1設計變量
4.4.2目標函數
4.4.3約束條件
4.4.4多目標遺傳算法思路
4.4.5WT高性能風力機翼型
4.4.6WTH高升阻比翼型
4.4.7WTI低敏感性翼型
4.5中等厚度風力機專用翼型設計
4.5.1中等厚度翼型幾何特性
4.5.2中等厚度翼型氣動特性
4.5.3中等厚度新翼型設計
4.5.4雷諾數、紊流條件及三維旋轉效應影響
4.6基于噪聲的風力機翼型設計
4.6.1風力機氣動噪聲理論
4.6.2噪聲的度量
4.6.3翼型噪聲計算模型
4.6.4噪聲計算對比分析
4.6.5翼型幾何參數對翼型噪聲的影響
4.6.6高效噪比風力機翼型設計
4.7基于二維風能利用系數的翼型設計
4.7.1翼型族優化模型
4.7.2計算工況及流程
4.7.3CQU—DTU—B翼型族
4.7.4翼型尾緣對翼型性能的影響
4.8基于曲率光滑連續性的風力機翼型改進設計
4.8.1翼型形函數表面曲率連續性
4.8.2翼型型線光滑連續性
4.8.3翼型改進與優化
4.8.4優化結果
4.9高性能風力機翼型族的設計
4.9.1薄翼型族優化結果及對比分析
4.9.2中等厚度及大厚度翼型設計新方法
4.9.3較厚翼型優化模型的建立
4.9.4優化結果及性能對比分析
4.10本章小結
第5章新型風力機翼型模型試制及風洞試驗分析
5.1引言
5.2翼型模型設計與制作
5.3試驗裝置、方法及數據處理
5.3.1風洞
5.3.2模型安裝
5.3.3測試儀器
5.3.4試驗內容及數據處理
5.4試驗結果
5.4.1自由轉捩工況
5.4.2固定轉捩工況
5.4.3試驗結果與理論計算對比分析
5.4.4不同翼型風洞試驗結果對比
5.5本章小結
第6章風力機空氣動力學以及風輪葉尖修正理論
6.1引言
6.2風力機葉片空氣動力學
6.2.1動量理論
6.2.2葉素理論
6.2.3葉素動量理論
6.3風輪葉尖損失修正模型
6.3.1 Glauert修正模型
6.3.2 Wilson和Lissaman修正模型
6.3.3deVries修正模型
6.3.4Shen修正模型
6.4基于Shen葉尖損失修正模型的風輪空氣動力學模型
6.5實驗驗證
6.6本章小結
……
第7章風力機葉片三維曲面形狀集成表達
第8章風力機葉片的形狀優化設計
第9章復合材料風力機新型葉片結構優化設計
第10章風力機葉片氣動彈性耦合分析
第11章風力機葉片二元翼段氣動彈性穩定性分析
參考文獻
第1章緒論
1.1引言
1.2國內外研究現狀
1.2.1風力機翼型設計理論研究
1.2.2風力機葉片氣動外形設計理論研究
1.2.3復合材料風力機葉片結構設計理論研究
1.2.4風力機葉片氣動彈性理論研究
第2章風力機翼型空氣動力特性
2.1概述
2.2風力機翼型基本理論
2.2.1翼型幾何參數
2.2.2雷諾數
2.2.3馬赫數
2.2.4邊界層
2.2.5任意翼型位流求解法
2.3翼型空氣動力特性
2.3.1翼面壓力系數
2.3.2升力系數
2.3.3阻力系數
2.3.4俯仰力矩系數
2.4翼型的失速
2.5翼型表面粗糙度
2.6翼型幾何參數對翼型氣動特性的影響
2.6.1翼型前緣半徑的影響
2.6.2最大相對厚度及其位置的影響
2.6.3最大彎度及其位置的影響
2.7雷諾數對翼型氣動特性的影響
2.8翼型氣動性能預測方法
2.8.1XFOIL及RFOIL介紹
2.8.2翼型氣動性能計算分析
2.9本章小結
第3章風力機翼型型線集成理論
3.1引言
3.2翼型變換理論
3.2.1保角變換
3.2.2儒可夫斯基翼型變換
3.2.3西奧道生法
3.3通用翼型的集成表達理論
3.3.1三角函數表征翼型形狀函數
3.3.2泰勒級數表征翼型形狀函數
3.4集成典型型線分析
3.4.1Ⅰ型型線
3.4.2Ⅱ型型線
3.4.3Ⅲ型型線
3.5翼型集成型線通用性
3.5.1一階擬合
3.5.2二階擬合
3.5.3三階擬合
3.6形狀函數控制方程
3.6.1翼型尖后緣特性
3.6.2橫坐標偏置特性
3.6.3縱坐標偏置特性
3.6.4設計空間
3.7翼型參數化集成收斂性
3.7.1幾何收斂特性
3.7.2氣動收斂特性
3.8本章小結
第4章風力機翼型型線參數優化設計理論
4.1引言
4.2風力機翼型設計要求
4.2.1結構和幾何兼容性
4.2.2最大升力系數對前緣粗糙度不敏感性
4.2.3設計升力系數
4.2.4最大升力系數及深失速特性
4.2.5低噪聲
4.3風力機翼型單目標優化設計
4.3.1優化設計目標函數
4.3.2優化設計變量
4.3.3優化設計約束條件
4.3.4MATLAB及其優化設計方法
4.3.5優化設計結果
4.3.6優化翼型的粗糙敏感度
4.3.7優化翼型性能的比較分析
4.4風力機翼型多目標優化設計
4.4.1設計變量
4.4.2目標函數
4.4.3約束條件
4.4.4多目標遺傳算法思路
4.4.5WT高性能風力機翼型
4.4.6WTH高升阻比翼型
4.4.7WTI低敏感性翼型
4.5中等厚度風力機專用翼型設計
4.5.1中等厚度翼型幾何特性
4.5.2中等厚度翼型氣動特性
4.5.3中等厚度新翼型設計
4.5.4雷諾數、紊流條件及三維旋轉效應影響
4.6基于噪聲的風力機翼型設計
4.6.1風力機氣動噪聲理論
4.6.2噪聲的度量
4.6.3翼型噪聲計算模型
4.6.4噪聲計算對比分析
4.6.5翼型幾何參數對翼型噪聲的影響
4.6.6高效噪比風力機翼型設計
4.7基于二維風能利用系數的翼型設計
4.7.1翼型族優化模型
4.7.2計算工況及流程
4.7.3CQU—DTU—B翼型族
4.7.4翼型尾緣對翼型性能的影響
4.8基于曲率光滑連續性的風力機翼型改進設計
4.8.1翼型形函數表面曲率連續性
4.8.2翼型型線光滑連續性
4.8.3翼型改進與優化
4.8.4優化結果
4.9高性能風力機翼型族的設計
4.9.1薄翼型族優化結果及對比分析
4.9.2中等厚度及大厚度翼型設計新方法
4.9.3較厚翼型優化模型的建立
4.9.4優化結果及性能對比分析
4.10本章小結
第5章新型風力機翼型模型試制及風洞試驗分析
5.1引言
5.2翼型模型設計與制作
5.3試驗裝置、方法及數據處理
5.3.1風洞
5.3.2模型安裝
5.3.3測試儀器
5.3.4試驗內容及數據處理
5.4試驗結果
5.4.1自由轉捩工況
5.4.2固定轉捩工況
5.4.3試驗結果與理論計算對比分析
5.4.4不同翼型風洞試驗結果對比
5.5本章小結
第6章風力機空氣動力學以及風輪葉尖修正理論
6.1引言
6.2風力機葉片空氣動力學
6.2.1動量理論
6.2.2葉素理論
6.2.3葉素動量理論
6.3風輪葉尖損失修正模型
6.3.1 Glauert修正模型
6.3.2 Wilson和Lissaman修正模型
6.3.3deVries修正模型
6.3.4Shen修正模型
6.4基于Shen葉尖損失修正模型的風輪空氣動力學模型
6.5實驗驗證
6.6本章小結
……
第7章風力機葉片三維曲面形狀集成表達
第8章風力機葉片的形狀優化設計
第9章復合材料風力機新型葉片結構優化設計
第10章風力機葉片氣動彈性耦合分析
第11章風力機葉片二元翼段氣動彈性穩定性分析
參考文獻
書摘/試閱
2.6.3最大彎度及其位置的影響
一般情況下，增加彎度可以增大翼型的最大升力系數，這一點對于前緣半徑較小和較薄的翼型尤為明顯，但隨著彎度增加，升力系數增加的程度逐漸減小，阻力系數同時增加，不同的翼型增加的程度也不同。另外，當最大彎度的位置靠前時，最大升力系數較大。
2.7雷諾數對翼型氣動特性的影響
雷諾數的大小會改變翼型邊界層的狀態，影響流動分離，從而改變翼型的空氣動力特性，特別是對翼型最大升力系數的影響尤為明顯。當雷諾數較小時，由于前緣分離氣泡的存在、發展和破裂對雷諾數非常敏感，因此，使最大升力系數隨雷諾數的變化規律呈不確定性；但是，當雷諾數較大時，翼型失速的攻角則隨雷諾數增加而增加，因此，翼型最大升力系數也相應增大；當雷諾數大于6.0×106時，翼型失速攻角和最大升力系數隨雷諾數的變化就趨于平緩；雷諾數除了對翼型最大升力系數有影響，還對翼型最小阻力系數有影響。在小攻角范圍內，翼型阻力主要取決于摩擦阻力，它的大小與轉捩點位置有關，當雷諾數增加時，可以使翼型推遲層流分離，減小摩擦阻力；另外，在小攻角范圍內，翼型壓差阻力也是隨雷諾數增加而減小的，因此，翼型最小阻力系數相應減小。需要指出的是，雷諾數對翼型空氣動力特性的影響與翼型幾何特性、表面粗糙度和來流湍流度等有關。
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